太阳能支架具有广泛和深远的社会意义

　　当前全球的能源工业都在想方设法降低碳排放，后达到零排放，所以必须采用清洁的绿色能源，如、风能、核能、氢能、氨能、天然气与水力发电等。按照规划，我国将在2060年前实现碳中和，而日本、德国和韩国力争在2050年实现碳中和，这其中我国的任务繁重，因为中国现在的碳排放量是世界上多的。为此，在这次世界性的绿色能源革命中，中国起着决定性和引领性的作用。据统计，目前我国光伏发电和风电产业已居世界，而铝产业更是产量、工艺技术世界，作为这样一种绿色金属，铝产业的低碳发展对全球绿色能源革命都起着推动性的作用。

　　据国际能源机构（IEA）数据，铝工业占全球CO2-eq排放的1%左右。据2016年数据，在原铝生产所用的电力中，煤电占61%、水电占27%、天然气电占10%。同时，电解铝用的电力结构也不均匀，有的地区煤电占比很大，有些地区则几乎全是水电。另外，从全球三大原铝地区的用电种类来看，中国煤电约占80%，欧洲水电占44%，海湾经济共同体国家（GCC）天然气电占87%，而这种能源结构已持续15年之久。

　　那么，如何降低原铝能耗成为了目前铝行业实现碳达峰碳中和目标的关键。笔者认为，减少CO2排放量的措施，一是采用惰性阳极，不使用炭阳极，目前美国铝业、力拓等正在联合攻关；二是采用尽量多的清洁绿色能源，主要包括天然气、太阳能、风能、核能、水电、氢电与氨电等。

　　太阳能是取之不尽用之不竭的，太阳每秒钟释放到地面的能量高达80×104kW，若把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率按5%匡算，则发电量可达5.6×1012kWh，相当于全球2020年总能耗的近40倍。中国有着丰富的太阳能资源，理论储量约17000亿t/a标准煤。中国地处北半球，南北距离及东西距离都在5000km以上，大多数地区平均辐射量4kW/（m2·d·a）以上，其中，西藏辐射量达7000kWh/d。与同纬度的其他国家相比，中国的辐照太阳能与美国的相近，而比欧洲及日本的高得多。

　　据德国刊物《Aluminium》报道，阿联酋环球铝业（EGA）计划用太阳能提取原铝，已与迪拜电力自来水（Dewa）达成协议，将通过穆罕默德太阳能园向铝业提供电力，输电量560000MWh/a，年可用以提取40kt铝，未来将有更大潜力。环球铝业用太阳能生产的铝锭冠以“CelestiAL”为名的商标，在全世界销售，以标示它们是用清洁能源生产的产品。

　　该太阳能园是迪拜清洁能源战略2050项目之一，目标是实现环球铝业2050年生产的原铝中有75%是用清洁能源生产的。穆罕默德太阳能园的建成，对于环球铝业来说，具有里程碑式的意义，是天下的单一太阳能项目，2030年的发电量将达5000MW，而2020年光伏太阳能板的发电能力只不过1013MW。

　　2007年，中国科学院与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室对中国太阳能发电站选址模型进行了研究，结论为：在西北内陆地区和青藏高原，即使仅利用这些地区1%的荒漠进行太阳能发电，在现有技术条件下，也可建设25亿kW的太阳能发电站，其发电量是三峡电站发电量的50倍，基本可满足2020年全国的用电需求。

　　中国现有近500亿m2的建筑面积，屋顶面积约44亿m2，加上南立面约55亿m2的可利用面积，若其中有20%利用光伏发电技术，实现光伏建筑一体化，其安装量就可达100GWh，即相当于5个三峡电站的发电量。

　　目前，太阳能发电形式有两种，一是光热转换发电（CSP，Concentrated Solar Power）；二是光电转换发电，即光伏发电（PV，Photovoltaic）。中国已是PV发电大国，2020年的装机容量已达约130GW（吉瓦），新疆、青海、甘肃、内蒙古、西藏等地是中国相对较大的太阳能发电省、区。

　　截至2020年7月，安徽铜陵市利用工业区闲置土地、房屋顶架设光伏发电设，建设分布式光伏电站，目前已建成10余座，总装机容量8MW，平均发电量800万kWh/a，可节约标准煤983.2t/a，减少CO2排放2674余t/a。另外，重庆黔江区利用高山地区充沛的日照，已于2016年起建设了100MW光伏发电项目，首期已于2017年6月并网发电，现该项目已全部建成，平均发电量约1亿kWh/a。

　　2017年7月，中国熊猫绿色能源集团有限在山西大同郊区建设的世界首座熊猫外形光伏发电站并网发电站项目，全部投入使用后，可提供32亿kWh的绿色电力，相当于节约煤炭105.6万吨，减少CO2排放270万吨。电站由黑白两种颜色组成，从高处俯瞰，犹如一只十分可爱的大熊猫，其黑色部分，如爪子和耳朵，由单晶硅太阳能电池组成，白色部分由薄膜太阳能电池组成。

　　早在2017年8月，中节能太阳能股份有限的个水上漂浮式光伏电站建设项目就在安徽宿州市埇桥朱仙庄启动，这座太阳能电站装机容量70MW，总投资概算为50483.43万元。该项目的顺利投建，对于采矿沉降区综合治理，传统煤炭地区能源转型，具有广泛和深远的社会意义。建设漂浮式光伏电站实现了采煤沉陷区的开发利用，虽然与常规地面光伏发电项目相比，同等规模的水上漂浮光伏电站的建造成本相对较高，但对于像沉陷区这样的地貌特征来说，水上漂浮光伏发电站是很好的解决方案，不仅变废为宝，而且更具经济性。

　　2012年3月，京东方北京8.5代线房光伏发电项目正式竣工，项目总投资9000多万元。据介绍，这也是目前全国规模的太阳能光伏屋顶发电项目。北京市发改委相关负责人表示，今年上半年，北京市还将开工建设八达岭太阳能31兆W地面大型光伏发电项目、昌平12.8兆W矿山修复治理太阳能光伏发电项目、密云20兆W地面光伏电站项目等一系列新能源高端利用项目。据中国航天科技000901）集团五院科技委主任李明研究员2017年11月透露：“如能保持并进一步加大研发力度，中国有望成为世界建成有实用价值空间太阳能电站的国家。”

　　科学家认为，与日益枯竭、环境污染问题严重的化石能源相比，太阳能是一种高效、持久、清洁的能源。目前，俄罗斯、美国和日本纷纷为该领域发展投入资金，印度、韩国和欧洲航天部门也在开展相关研究。中国自2008年开始在建立空间太阳能电站方面采取实际措施，已在无线能量传输等关键技术上取得重大进展。据专家评估，空间太阳能电站能改善中国的生态和能源形势，并带动技术创新和新兴产业。

　　在太阳能装系统中,铝材得到了广泛应用，主要用于边框、支架、电池箔，在砷化镓光伏电池组件中用作支架、立柱、散热器、底板、路灯杆，在光电建筑一体化工程中用于观景平台、幕墙、屋顶等。

　　太阳能产业对铝材的需求取决于太阳能产业的技术发展趋势和材料的竞争态势，对全世界太阳能铝材需求的预测主要受两方面影响：一是2006年欧洲联合研究中心（JRC）的预测，认为在未来世界能源结构中光伏发电将占据极为重要的地位，成为能源主体，到2020年太阳能光状发电在世界总电力供应中将＞10%；到2040年则会达到＞40%，而到本世纪末无疑会达到60%或更多；二是国际能源机构（IEA）2010年发布的《太阳能光伏发电路线图》，认为光伏发电是可靠的商用技术，在全球几乎任何地区都具有长期增长潜力，并预计到2030年，光伏发电可满足全球5%的电力供应，到2050年,这一占比将高达11%，而在太阳能光热发电（CSP）路线图中，国际能源机构预测，2050年CSP的发电量可满足全世界11.3%的电力需求。

　　太阳能热发电（CSP）与太阳能光伏发电（PV）是完全不同的两种系统，各有所长，宜同时发展。中国在《可再生能源中长期发展》中指出，力争使太阳能发电装机容量2020年达到1.8GW（百万千瓦），2050年达到600GW；同时2050年可再生能源电力装机容量将占全国总装机的25%，其中光伏发电装机将占5%。

　　在预测太阳能系统对铝材（板、箔、型材、铸件等）需求时，单位太阳能电池的铝材消耗是预测市场的一个基本指标，不过发电方式及技术进步对铝材需求会有相当大的差异。据笔者测算，2020年，中国太阳能装净铝消费量约360kt，在2060年前的年平均增长率可达22%，其中挤压铝材占70%以上。

　　在今后一段相当长的时间内，至少在2060年以前，是利用太阳能的大发展时期。太阳能是一种极为丰富的自然能源，是今后大规模利用的方向，但随着高效率和大面积光伏电池的不断开发和涌入市场，以及钢-铝混合结构支架的出现，单位功率铝材消耗量会逐渐有所下降。

　　目前来看，由于6063型合金是一个的久经考验的建筑-结构铝材合金，其光伏太阳能装边框/支架主流材料的地位是不会改变的，不过随着光伏发电技术的不断提升和使用环境的变化，会有各种各样改良型合金和新状态出现。同时，太阳能铝材也会形成挤压铝材的一个独立分支，随着市场的兴旺，会出现一些规模较小的边框/支架专业与大企业内的专业车间。随着技术的进步与市场的扩大，太阳能装除用挤压铝型材外，板材与压铸件也会有所应用，但量不会很大。

　　与此同时，开拓“一带一路”市场，特别是中亚市场，应关注新技术的出现与应用。据英国《卫报》网站2020年8月15日报道，英国牛津光伏太阳能技术研制出一种世界上的新太阳能电池板。他们给传统硅太阳能电池涂上一层薄钙钛矿，提高其发电量，降低清洁电力的总成本，因为这种晶体能吸收太阳光谱中的不同部分，可将27.3%的可用太阳能转化为电，而当前的硅太阳能电池多只能转化约22%的可用太阳能。另外，在太阳能发电新技术中还值得一提的是，特斯拉汽车的光伏屋顶瓦和英国埃克斯特大学于2018年发明的“太阳能方格”新型玻璃砖能把阳光转化为电能。

　　此外，光伏发电是当下乃至未来城市建筑的标配。据称，2020年中国建成的屋顶光伏发电项目已超过2万个，总容量近100万kW。自2008年以来，中国一直是太阳能电池板的主要出口国，引领全球太阳能电池板的生产、供应与出口。据统计，2019年全国光伏发电量达2243亿kWh，同比增长26.3%；新增光伏发电装机3011万kW，同比下降31.6%。尽管同比有所下降，但中国新增和累计光伏装机容量仍继续保持全球。

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